SensorsapplicationtechnologyUltrasonicbasicconcepts超聲波基本概念1.1超聲波的定義1.2超聲波的物理量1.3超聲場的物理量1.4超聲波的波型課程內容CourseContents聲波的實質機械振動在媒質中的傳播。1.1超聲波的定義次聲超聲可聽聲超聲波是頻率大于兩萬赫茲的聲波。1.1超聲波的定義1.2超聲波的物理量頻率波長聲速頻率f/周期T聲源在一秒鐘內振動的次數叫頻率，記作f，單位為Hz。振動一次所經歷的時間叫周期，記作T，單位為s。頻率和周期互為倒數，即T=1/f。1.2超聲波的物理量波長λ沿聲波傳播方向，振動一個周期所傳播的距離稱作波長，記為λ，單位為m。頻率波長聲速1.2超聲波的物理量超聲波在空氣中傳播速度近似為340m/s頻率波長聲速聲速c一秒時間內聲波傳播的距離叫聲波速度，簡稱聲速，記作c，單位為m/s頻率、波長和聲速三者的關系是：c＝fλ充滿超聲波的空間叫做超聲場。聲壓聲強聲阻抗1.3超聲場的物理量聲壓p

當介質中有超聲波傳播時，由于介質質點振動，使介質中壓強交替變化。超聲場中某一點在某一瞬間所具有的壓強與沒有超聲場存在時的靜態壓強之差被稱為聲壓，常用p表示，單位為帕(Pa)

。1.3超聲場的物理量某一點聲壓幅值P=ρcu其中ρ----介質的密度;c----介質中的聲速;u----質點的振動速度聲強I1.3超聲場的物理量在垂直于超聲波方向上的單位面積內通過的聲能量被稱為聲強度，也稱聲強。聲強的單位是W/m2，瓦/平方米。I=（p^2）/(ρc)（此時p為有效值）聲阻抗Z超聲場中任一點的聲壓p與該處質點振動速度u之比稱為聲阻抗，常用Z表示。Z=p/u=ρcu/u=ρc由上式可知，聲阻抗的大小等于介質的密度ρ與波速c的乘積1.3超聲場的物理量①縱波：②橫波：③表面波：固體、液體和氣體固體固體振幅隨深度增加而迅速衰減1.4超聲波的波型①縱波：固體、液體和氣體中傳播介質中質點的振動方向與傳播方向同軸的波1.4超聲波的波型②橫波：固體中傳播1.4超聲波的波型介質中質點的振動方向垂直于波的傳播方向的波1.4超聲波的波型③表面波：固體中傳播質點的振動介于橫波和縱波之間，沿著介質表面傳播，其振幅隨深度增加而迅速衰減的波電子信息工程技術專業教學資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰、晏凱《傳感器應用技術》課程SensorsapplicationtechnologyUltrasonicbasiccharacteristics超聲波基本特性1.1超聲波的反射折射特性1.2超聲波的衰減特性1.3超聲波的生物效應課程內容CourseContents

當超聲波相對于界面入射點法線以一定的角度傾斜入射到兩種不同介質的界面上時，在界面會產生反射、折射1.1超聲波的反射折射特性c1，

c2為介質1和介質2中波速1.1超聲波的反射折射特性入射波

′界面介質1介質2反射波折射波（1）反射定律（2）折射定律1.1超聲波的反射折射特性入射波

′界面介質1介質2反射波折射波若Z2≈Z1

聲波幾乎沒有反射，全部從第一介質透射入第二介質若Z2>>Z1

或Z1>>Z2,則聲波幾乎全反射，透射極少Z1，Z2為介質1和介質2中聲阻抗超聲波在介質中傳播時，隨著傳播距離的增加，超聲波的能量逐漸減弱的現象稱為超聲波的衰減。其聲壓和聲強的衰減規律為1.2超聲波的衰減特性式中：Px、Ix——距聲源x處的聲壓和聲強；

x——聲波與聲源間的距離；

α——衰減系數，單位為Np/cm（奈培/厘米）。衰減的主要原因：①擴散衰減

②散射衰減③吸收衰減

1.2超聲波的衰減特性隨聲波傳播距離增加而引起聲能的減弱。衰減的主要原因：①擴散衰減

②散射衰減③吸收衰減1.2超聲波的衰減特性衰減的主要原因：①擴散衰減

②散射衰減③吸收衰減1.2超聲波的衰減特性①機械效應

在超聲波的作用下，生物組織將受到壓力的作用，并產生速度和加速度方面的變化。1.3超聲波的生物效應可軟化組織、增強滲透、提高代謝、促進血液循環、刺激神經系統及細胞功能②溫熱效應

超聲在生物組織中傳播過程中，部分聲能被生物組織吸收，轉換為熱能。1.3超聲波的生物效應超聲透熱療法促進骨折愈合③理化效應

機械效應和溫熱效應會促發生物組織內的物理化學變化。1.3超聲波的生物效應1.氫離子濃度的改變

炎癥組織中伴有酸中毒現象時，超聲波可使pH值向堿性方面變化，從而使癥狀減輕，有利于炎癥的修復。2.對酶活性的影響

超聲波能使復雜的蛋白質解聚為普通的有機分子，能影響到許多酶的活性。④空化效應

超聲波在液體介質中傳播時產生聲壓。當產生的負聲壓超過液體的內聚力時，液體中出現細小的空腔。

1.3超聲波的生物效應空腔分為兩種，即穩定空腔和暫時空腔。穩定空腔周圍產生局部的單向的液體流動，可以改變細胞膜的通透性。

暫時的空腔在聲壓變化時破滅，產生高熱、高壓、發光、放電等現象，對機體有破壞作用。電子信息工程技術專業教學資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰、晏凱《傳感器應用技術》課程SensorsapplicationtechnologyUltrasonicsensorprinciplesandcharacteristics超聲波傳感器原理與特性1.1超聲波傳感器的定義1.2超聲波傳感器的原理1.3超聲波傳感器的結構1.4超聲波傳感器的特性1.5超聲波傳感器的性能指標課程內容CourseContents1.1超聲波傳感器的定義

超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，其中以壓電式最為常用。壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，這種傳感器統稱為壓電式超聲波探頭。

。

利用超聲波在超聲場中的物理特性和各種效應而研制的裝置稱為超聲波傳感器，也稱為超聲波探頭。1.2超聲波傳感器的原理利用壓電材料的壓電效應制成壓電式超聲波傳感器。正向壓電效應逆向壓電效應。

超聲波探頭結構如圖所示，它主要由壓電晶片、吸收塊（阻尼塊）、保護膜、引線等組成。壓電晶片多為圓板形，厚度為δ。超聲波頻率f與其厚度δ成反比。壓電晶片的兩面鍍有銀層，作導電的極板。阻尼塊的作用：降低晶片的機械品質，吸收聲能量。如果沒有阻尼塊,當激勵的電脈沖信號停止時,晶片將會繼續振蕩，加長超聲波的脈沖寬度，使分辨率變差。1.3超聲波傳感器的結構基座雙壓電陶瓷晶片錐形振子屏蔽柵外殼發送超聲波時，圓錐形振子有較強的方向性，因而能高效率地發送超聲波；接收超聲波時，超聲波的振動集中于振子的中心，所以能產生高效率的高頻電壓。1.3超聲波傳感器的結構空氣中用超聲波傳感器的結構(1)頻率特性發送超聲波接收超聲波1.4超聲波傳感器的特性傳感器的帶寬較窄、具有單峰特性，即在中心頻率處靈敏度最高，輸出信號幅度最大，也幾乎在這個頻點，接收器的接收靈敏度最高，而在中心頻率兩側則迅速衰減。

(2)指向性特性1.4超聲波傳感器的特性方向角(-6dB)：從超聲波傳感器軸線到聲壓降6dB處的角度(3)阻抗特性阻抗頻率并聯諧振串聯諧振1.4超聲波傳感器的特性超聲波傳感器具有高阻特性，驅動電流小，要求驅動電壓較高，是電壓驅動型傳感器。（1）工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。（2）工作溫度。由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不失效。醫療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設備。（3）靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數大，靈敏度高；反之，靈敏度低。1.5超聲波傳感器的性能指標超聲波傳感器-性能參數1.5超聲波傳感器的性能指標電子信息工程技術專業教學資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰、晏凱《傳感器應用技術》課程SensorsapplicationtechnologyThestructureandprincipleofUltrasonictransmittingcircuit超聲波發射電路結構與原理1.1

超聲波發射電路結構1.2

振蕩電路原理1.3

驅動電路原理課程內容CourseContents振蕩電路：產生超聲波傳感器工作需要的40KHz頻率信號。

驅動電路：增大驅動電流，有效驅動超聲波振子發送超聲波。

超聲波發射頭：發出40KHz超聲波

超聲波發射頭振蕩電路驅動電路1.1

超聲波發射電路結構振蕩電路部分驅動電路部分Control1.1

超聲波發射電路結構振蕩電路部分IC1輸出信號的周期為T1TH=0.7（R1+R2）C1=71msTL=0.7*R2*C1=1msT1=0.7（R1+2R2）C1=72ms9V1.2振蕩電路原理振蕩電路部分IC2輸出信號的周期為T2T2=0.7（R3+2VR1）C3調節VR1使IC2輸出信號頻率為40KHz

9V1.2振蕩電路原理1.3驅動電路原理兩個反相器并聯，輸出電流加倍反相電壓雙端驅動，增大驅動電壓VH輸入信號超聲頭上的信號CABCBVH輸入信號超聲頭上的信號-VH1.3驅動電路原理電子信息工程技術專業教學資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰、晏凱《傳感器應用技術》課程SensorsapplicationtechnologyThestructureandprincipleofUltrasonicreceivingcircuit超聲波接收電路結構與原理1.1

超聲波接收電路結構1.2

放大電路原理1.3

波形變換電路原理課程內容CourseContents

超聲波接收電路包括超聲波接收探頭、信號放大電路及波形變換電路三部分。由于經接收頭變換后的交流電信號非常弱，因此必須經放大電路放大。交流信號需要變換為直流信號以判斷是否有回波及回波的大小。

超聲波接收頭波形變換放大電路1.1

超聲波接收電路結構放大電路1檢波電路放大電路2接收部分比較輸出1.1

超聲波接收電路結構放大電路部分波形變換部分第1級放大100倍（40dB），第2級放大10倍（20dB），經兩級放大1000倍（60dB）。

單電源（9V）供電，分壓之后，在IC4的同相端有4.5V的中點電壓，保證放大的交流信號不至于產生信號失真。

1.2放大電路原理第一級放大器的幅頻特性第一級放大器的相頻特性1.2放大電路原理第一級放大器的頻率特性第二級放大器的幅頻特性第二級放大器的相頻特性1.2放大電路原理第二級放大器的頻率特性作用：檢出經放大后的脈沖信號的直流電壓以判斷有無回波信號。

檢波電路1.3波形變換電路原理ChannelAChannelB檢波電路的輸入輸出波形1.3波形變換電路原理R12R13Control1M47K9V比較輸出電路1.3波形變換電路原理電子信息工程技術專業教學資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰、晏凱《傳感器應用技術》課程SensorsapplicationtechnologyUltrasonicsensorapplications超聲波傳感器的應用分析1.1超聲波傳感器測液位原理1.2超聲波傳感器測流量原理1.3超聲波傳感器測量系統分析課程內容CourseContents1.1超聲波傳感器測液位原理超聲波發射到液面，又從液面反射到換能器的時間為t

式中：h——換能器距液面的距離；

c——超聲波在介質中傳播的速度。測液位原理Hh

如果在流體中設置兩個超聲波傳感器，它們既可以發射超聲波又可以接收超聲波，一個裝在上游，一個裝在下游，其距離為L,如圖所示。如設順流方向的傳播時間為t1，逆流方向的傳播時間為t2，流體靜止時的超聲波傳播速度為c，流體流動速度為v，則測流量原理1.2超聲波傳感器測流量原理因此超聲波傳播時間差為

一般來說，流體的流速遠小于超聲波在流體中的傳播速度，即c>>v,從上式便可得到流體的流速，即1.3超聲波傳感器測流量原理測流量原理超聲波傳感器測量系統發射電路接收電路電源電路控制電路發射電路：將壓電晶體的電信號轉換成超聲波并向空中輻射接收電路：將接收到的超聲波傳給壓電晶體將其轉換成電信

號控制電路：對發射脈沖信號、占空比、計數時間、探測距

離等進行處理與控制1.3超聲波傳感器測量系統分析1、組成電源電路：為各部分電路提供直流電壓

2、電路框圖超聲波發射頭超聲波接收頭振蕩電路驅動電路波形變換放大電路控制處理單元顯示電源電路發射電路接收電路顯示控制電路電源電路1.3超聲波傳感器測量分析系統發射電路1、組成振蕩電路：產生超聲波傳感器工作需要的40KHz方波信號驅動電路：功率放大，有效驅動超聲波振子發送超聲波超聲波發射頭：產生超聲波信號并向空中輻射超聲波發射頭振蕩電路驅動電路2、各部分作用1.3超聲波傳感器測量系統分析接收電路1、組成放大電路：將接收到的反射波電信號高增益放大，

放大到合適電壓值。波形變換：將交流信號變換為直流信號并判斷是否有回波超聲波接收頭：接收反射的超聲波信號2、各部分作用超聲波接收頭波形變換放大電路1.3超聲波傳感器測量系統分析顯示控制電路1、組成單片機系統：控制發射脈沖信號、計數、計算探測距離顯示模塊：顯示距離值、報警指示

2、各部分作用單片機系統顯示模塊1.3超聲波傳感器測量系統分析《傳感器應用技術》課程Magnetoresistanceandapplication磁敏電阻及應用Sensorsapplicationtechnology1.

基礎知識2.基本特性3.磁敏電阻器件4.應用分析課程內容CourseContents1.

基礎知識2.

基本特性3.磁敏電阻器件4.應用分析課程內容CourseContents1.

基礎知識磁阻效應（MR）的定義與特點磁阻效應的定義當一載流半導體置于磁場中，其電阻值會隨磁場而變化的現象稱為磁阻效應。在磁場作用下，半導體片內電流分布是不均勻的，改變磁場的強弱就影響電流密度的分布，故表現為式中：

ρ0——零磁場時的電阻率；

Δρ——磁感應強度為B時電阻率的變化量；

K——比例因子；

μ——電子遷移率；

B——磁感應強度；f(L/b)——形狀效應系數。L，b——分別為磁敏電阻的長（沿電流方向）和寬；1.

基礎知識磁阻效應（MR）的定義與特點磁阻效應的特點磁阻效應與材料性質及幾何形狀有關，一般遷移率大的材料，磁阻效應愈顯著；元件的長、寬比愈小，磁阻效應愈大。與霍爾效應的區別：霍爾電勢是指垂直于電流方向的橫向電壓，而磁阻效應則是沿電流方向的電阻變化。1.

基礎知識2.

基本特性3.磁敏電阻器件4.

應用分析課程內容CourseContents2.

基本特性磁敏電阻的結構和特性磁敏電阻常選用銻化銦（InSb）、砷化銦（InAs）和銻化鈮（NiSb）等半導體材料，在絕緣基片上蒸鍍薄的半導體材料，也可在半導體薄片上光刻或腐蝕成型（柵狀結構）。2.

基本特性磁敏電阻的結構和特性磁敏電阻器件一般在襯底上做兩個相互串聯的磁敏電阻，或四個磁敏電阻接成電橋形式，以便于不同場合，其線路形式如下圖所示：2.

基本特性磁敏電阻的結構和特性

磁電特性：電阻的增量與磁場的平方成正比；與磁場的正負無關；

溫度特性：溫度系數影響大；

頻率特性：工作頻率范圍大；磁感應的范圍比霍爾元件大。1.

基礎知識2.

基本特性3.磁敏電阻器件4.

應用分析課程內容CourseContents833.磁敏電阻器件磁敏電阻器件MR214A/223A

MR214A/223A磁敏電阻的阻值為100Ω到幾kΩ，工作電壓一般在12V以下，頻率特性好(可達MHz)，動態范圍寬，噪聲低(信噪比高)。843.磁敏電阻器件磁敏電阻器件M413A/414A

M413A/414A是由四個磁阻元件組成的器件，由兩相輸出，可測出旋轉方向、角度等參數，其元件配置、外形及等效電路如下圖所示。853.磁敏電阻器件磁敏電阻器件M413A/414A

M413A/414A接線與輸出波形如下圖所示。1.

基礎知識2.

基本特性3.

磁敏電阻器件4.應用分析課程內容CourseContents4.應用分析磁敏電阻應用分析電橋電路三極管電路位移檢測硬盤磁頭4.應用分析磁敏電阻應用分析

非接觸式磁阻角度傳感器

非接觸式角度傳感器的外形及工作原理如左圖所示，它是由兩個半環形的磁阻元件組成，半圓形磁鐵與磁阻之間的間隙為0.2mm左右，當磁鐵轉動時，磁鐵則以差動方式將磁場加于兩個磁阻元件上，可獲得±500（機械角度）的線性范圍。其輸出電壓與轉角間的特性如右圖所示4.應用分析磁敏電阻應用分析

磁阻式旋轉傳感器磁阻旋轉傳感器可以檢測磁性齒輪、齒輪的轉數或轉速，若采用四磁阻元件傳感器，還能檢測旋轉的方向。采用雙元件磁阻旋轉傳感器的工作原理如左圖所示，當齒輪的齒頂對準MR1，而齒根對準MR2時，MR1的電阻增加，而MR2的電阻不變，則Uout<Uin/2；另外，當齒輪的齒頂對準MR2，而齒根對準MR1時，則Uout>Uin/2；當齒頂（或齒根）在MTR1和MR2之間時，Uout≈Uin/2，其輸出電壓波形見右圖4.應用分析磁敏電阻應用分析

磁阻式圖形識別傳感器圖形識別傳感器能檢測紙片、紙幣等上面的磁性圖形或標記，輸出相對應于圖形的信號波形。由于磁性圖形印刷在紙片上，所以檢測信號十分微弱（比旋轉傳感器小三個數量級），需經過放大電路放大，由示波器或記錄儀將波形顯示出來。電子信息工程技術專業教學資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應用技術》課程ApplicationandAnalysisofMagneticAngleMeasurement磁敏角度測量的應用分析Sensorsapplicationtechnology1.

基礎知識2.基本特性3.工作原理4.應用分析課程內容CourseContents1.

基礎知識2.

基本特性3.工作原理4.應用分析課程內容CourseContents1.

基礎知識巨磁阻效應（GMR）及原理巨磁阻效應：巨磁阻效應是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現象。巨磁阻效應的原理：巨磁阻效應可以用量子力學解釋，每一個電子都能夠自旋，電子的散射率取決于自旋方向和磁性材料的磁化方向。自旋方向和磁性材料磁化方向相同，則電子散射率就低，穿過磁性層的電子就多，從而呈現低阻抗。反之當自旋方向和磁性材料磁化方向相反時，電子散射率高，因而穿過磁性層的電子較少，此時呈現高阻抗。1.

基礎知識巨磁阻傳感器的特點與結構巨磁阻效應傳感器是基于層狀的磁性薄膜結構，這種結構是由鐵磁材料和非鐵磁材料薄層交替疊合而成。B=0鐵磁層的磁矩相互平行B≠0鐵磁層的磁矩為反平行當鐵磁層的磁矩相互平行時，載流子與自旋有關的散射最小，材料有最小的電阻。當鐵磁層的磁矩為反平行時，與自旋有關的散射最強，材料的電阻最大。1.

基礎知識傳感器其感應材料主要有三層：參考層（ReferenceLayer或PinnedLayer）參考層具有固定磁化方向，其磁化方向不會受到外界磁場方向影響。普通層（NormalLayer）普通層為非磁性材料薄膜層，將兩層磁性材料薄膜層分隔開。自由層（FreeLayer）自由層磁場方會隨著外界平行磁場方向的改變而改變。外磁場基底層巨磁阻傳感器的特點與結構1.

基礎知識2.

基本特性3.工作原理4.

應用分析課程內容CourseContents2.

基本特性巨磁阻效應(GMR)的電子特性2.

基本特性巨磁組角度傳感器的基本特性磁場線性區間用于速度檢測，而飽和區間則用于角度檢測。1.

基礎知識2.

基本特性3.

工作原理4.

應用分析課程內容CourseContents1023.工作原理

TLE5011角度傳感器內部結構圖GMR垂直集成在芯片中。當芯片正上方的磁場變化在飽和區時，可用于角度檢測，GMR元件的電阻值會隨著外界磁場方向改變而改變。四個獨立的巨磁阻感應單元組成一個惠斯通電橋，箭頭方向代表參考層磁化方向。

角度傳感器總共有兩個惠斯通電橋分別用來檢測磁場正弦和余弦變化。其中VX代表輸出余弦信號，而VY代表輸出正弦信號。TLE5011巨磁阻效應傳感器的工作原理：1033.工作原理

GMR角度傳感器的輸出波形TLE5011巨磁阻效應傳感器的工作原理：正弦或者余弦信號只能檢測180°范圍，通過正弦和余弦信號求正切值，再反正切計算后便可以檢測360°范圍的角度變化

TLE5011通過測量正弦和余弦角分量檢測磁場的方向，正弦和余弦值能以數字形式讀出。可對信號進行數字處理以計算磁場（磁鐵）的角方向。1.

基礎知識2.

基本特性3.

工作原理4.應用分析課程內容CourseContentsSubtitle1Subtitle2Subtitle3巨磁阻角度傳感器的封裝與外形巨磁阻角度傳感器4.應用分析TLE5011角度傳感器的基本特性?0.25μmCMOS技術?

工作電壓：3.3V和5V?

測量角度：0-360°?16位的高精度SD-ADC?

寬磁操作范圍：30mT至50mT?

雙向SSC接口，最高可達2Mbit/s?ADC和濾波器通過SSC與外部命令同步?

工作溫度：-40°C至+150°C（結溫）?ESD>4kV（HBM）CenterofSensitiveArea4.應用分析4.應用分析TLE5011電路原理圖4.

應用分析磁傳感器角度測量電路磁角度模塊4.

應用分析電子信息工程技術專業教學資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應用技術》課程StructureandPrincipleofReedSwitch干簧管結構與原理Sensorsapplicationtechnology1.

基礎知識2.基本特性3.工作方式4.應用分析課程內容CourseContents1.

基礎知識2.

基本特性3.工作方式4.應用分析課程內容CourseContents1.

基礎知識干簧管的結構干簧開關是由兩片干簧片(通常由鐵和鎳這兩種金屬所組成的)密封在玻璃管內。玻璃管內的兩片干簧片呈交迭狀且間隔有一小段空隙。適當的磁場將會使兩片干簧片接觸。這兩片簧片上的觸點上鍍有層很硬的金屬，通常都是銠和釕。而玻璃管內通常注入了氮氣或一些等價的惰性氣體或把內部做成真空狀態。

中心型1.

基礎知識干簧管的結構可切換的簧片，在沒有磁場時是與常閉片接觸，當足夠強度的磁場產生時,該簧片會移向常開片，而常開片與常閉片都是固定不動的。這兩固定片與可擺動切換的簧片均為鐵磁片，只是常閉的干簧片觸點表面部份是由非磁性的金屬熔焊于干簧片上的。置于磁場下時，兩旁位于常開與常閉的固定片具相同極性，且和可擺動簧片極性相反，常閉端的非磁性金屬會隔離磁通，因此當常開端與可擺動簧片之間的磁力夠大時,擺動簧片將與常開片接觸閉合。

偏置型1.

基礎知識2.

基本特性3.工作方式4.

應用分析課程內容CourseContents2.

基本特性干式舌簧管的工作原理干簧管利用線圈或永磁體，為簧片誘導出N極和S極，后因這種磁性的吸引力而開始吸合。當解除磁場時，由于簧片所具有的彈性，觸點即刻恢復原狀并打開電路。通常有兩種方式可以令干簧開關的干簧片吸合。

1、使用永久性磁鐵(見左圖)；

2、使用外加線圈(見右圖)2.

基本特性干簧管的特點干式舌簧管結構緊湊、重量小，能夠安裝在極度有限的空間，極適合用于微型化設備。

干式舌簧管的開關元器件被氣密式密封于一惰性氣體氣氛中，永遠不會與外界環境接觸，工作壽命。

干式舌簧管沒有采用滑動元件，所以不會出現在所有金屬降級有關的金屬疲勞現象，確保實際上無極限的機械使用壽命。2.

基本特性干式舌簧管的作用干簧片的作用相當與一個磁通導體。在通過永久磁鐵或電磁線圈產生的磁場時，簧片會產生不同的極性,當磁力超過簧片本身的彈力時，這兩片簧片會吸合導通電路；當磁場減弱或消失后,干簧片由于本身的彈性而釋放，觸面就會分開從而打開電路。1.

基礎知識2.

基本特性3.工作方式4.

應用分析課程內容CourseContents干式舌簧管的工作方式使用永久磁鐵：干簧開關在永久磁鐵產生的磁場下，兩簧片呈相反極性,

而在兩簧片間產生足夠的吸力而互相接觸。3.

工作方式干式舌簧管的工作方式使用外加線圈：將干簧開關放置在線圈中心軸位置，磁場在這部份是最強的，兩干簧片呈相反極性，在兩簧片間產生足夠的吸力而互相接觸。3.

工作方式干式舌簧管的工作狀態位移式工作狀態：3.

工作方式干式舌簧管的工作狀態旋轉式工作狀態：3.

工作方式1.

基礎知識2.

基本特性3.

工作方式4.應用分析課程內容CourseContents4.應用分析干簧管應用分析——干簧管開關干簧管傳感器電路的工作原理是：

當磁鐵沒有靠近干簧管時，CD4017的輸出端0為高電平，LED指示燈亮，表示準備工作，輸出端1為低電平，三極管不導通，繼電器不吸合。一旦磁鐵靠近干簧管時，CD4017的14腳輸入一個高電平，輸出端0為低電平，1為高電平，LED滅，繼電器吸合。只有將磁鐵拿開，再次靠近干簧管，繼電器才會斷開。這個電路可以用在洗手間的門上，當人打開門進入洗手間時，磁鐵接觸到了干簧管，繼電器吸合，燈亮。當人從洗手間里出來時，磁鐵再次靠近干簧管，繼電器斷開，燈滅。4.應用分析干簧管應用分析——日常生活應用4.應用分析干簧管應用分析——汽車上應用液位感測位置感測震動感應器4.應用分析干簧管應用實訓——磁敏傳感器信號檢測電路調試與應用磁敏器件電路應用原理圖如圖1所示。在圖中U5為干簧管（常開型），當有磁性物體靠近時，干簧管吸合，A1處變為低電平，通過反相器后A2、A3處變為高電平，所以LED燈D5被點亮。U4為二輸入或門，當A2為高電平時，U4輸出位高，場效應管Q3被打開，蜂鳴器報警。U7為霍爾傳感器，其工作原理與干簧管類似。4.應用分析干簧管應用實訓——磁敏傳感器信號檢測電路調試與應用電子信息工程技術專業教學資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應用技術》課程StructureandPrincipleofMagneticTransistor磁敏晶體管結構與原理Sensorsapplicationtechnology1.

磁敏晶體管及結構2.磁敏二極管工作原理及特性3.磁敏三極管工作原理及特性4.磁敏晶體管應用分析課程內容CourseContents1.

磁敏晶體管及結構2.磁敏二極管工作原理及特性3.磁敏三極管工作原理及特性4.磁敏晶體管應用分析課程內容CourseContents1.磁敏晶體管及結構磁敏晶體管及結構磁敏晶體管是霍爾元件和磁阻元件之后發展起來的新型半導體磁敏元件。磁敏二極管和磁敏三極管是一種PN結型的新型磁電轉換器件，它具有輸出信號大、靈敏度高（約為霍爾元件的數百至數千倍）、工作電流小，體積小等特點，在磁場、轉速、探傷等檢測與控制中應用廣泛。磁敏二極管及結構磁敏二極管是一種PIN型磁敏元件，由硅或鍺材料制成。P型和N型電極由高阻材料制成，I為本征區。I區的r面粗糙，設置成高復合區（r區），目的是使電子－空穴對易于在粗糙表面復合而消失；另一面比較光滑。1.磁敏晶體管及結構磁敏三極管及結構磁敏三極管是在磁敏二極管的基礎上發展起來的磁敏晶體管，由Si或Ge材料經摻雜擴散而成的硅管或鍺管，有NPN型和PNP型兩種。如圖表示NPN型磁敏三極管的基本結構和電路符號。1.磁敏晶體管及結構1.

磁敏晶體管及結構2.磁敏二極管工作原理及特性3.磁敏三極管工作原理及特性4.磁敏晶體管應用分析課程內容CourseContents2.磁敏二極管工作原理及特性磁敏二極管工作原理磁場強度的改變引起電流發生變化，實現磁電轉換。當磁敏二極管受到外界磁場H+作用時，電子和空穴受到洛侖茲力的作用向r區偏轉，電子和空穴復合速度加快，所形成的電流減小；當磁敏二極管受到外界磁場H－作用時，電子和空穴受到洛侖茲力的作用向I區偏轉，電子和空穴復合速度減慢，所形成的電流增大。磁敏二極管的特性

伏安特性：

如圖在給定的磁場下，磁敏二極管正向偏壓與偏流的關系稱為磁敏二極管的伏安特性。2.磁敏二極管工作原理及特性磁敏二極管的特性磁電特性：

是指磁敏二極管輸出電壓變化量與外加磁場的關系，如圖所示。2.磁敏二極管工作原理及特性磁敏二極管的特性溫度特性及補償：由于磁敏二極管是由鍺和硅材料制成，因而受溫度的影響較大，在使用磁敏二極管時，必須進行溫度補償，常用的補償電路如圖所示。2.磁敏二極管工作原理及特性1.

磁敏晶體管及結構2.磁敏二極管工作原理及特性3.磁敏三極管工作原理及特性4.磁敏晶體管應用分析課程內容CourseContents1443.磁敏三極管工作原理及特性磁敏三極管工作原理如果外加正向偏壓，即P區接正，N區接負，那么將會有大量空穴從P區注入到I區，同時也有大量電子從N區注入到I區，如將這樣的磁敏三極管置于磁場中，則注入的電子和空穴都要受到洛侖茲力的作用而向一個方向偏轉，當磁場方向使電子和空穴向r面偏轉時，它們將因復合而消失，因而電流很小；當磁場方向使電子和空穴向光滑面偏轉時它們的復合率變小，電流就大。1453.磁敏三極管工作原理及特性磁敏三極管的特性伏安特性磁敏三極管的伏安特性類似于普通雙極性三極管的伏安特性，如圖所示。1463.磁敏三極管工作原理及特性磁敏三極管的特性磁電特性

磁電特性是磁敏三極管重要的工作特性，它反映外加磁場對磁敏三極管集電極電流的影響，如圖表示NPN型鍺管的磁電特性。1473.磁敏三極管工作原理及特性磁敏三極管的特性溫度特性及補償磁敏三極管對溫度的變化十分敏感,因而在使用磁敏三極管時必須采取溫度補償措施。主要有①采用具有電流正溫度系數的普通三極管；②采用具有電流正溫度系數的鍺磁敏二極管；③采用PNP和NPN組成兩管互補形式的補償電路；④采用兩管差動輸出方式（兩管磁極性相反，但磁電特性一致）。1483.磁敏三極管工作原理及特性磁敏三極管的特點

靈敏度高：

磁敏三極管的靈敏度比霍爾元件高幾百甚至上千倍，而且線路簡單，成本低廉，更適合于測量弱磁場。

具有正反磁靈敏度：

靈敏度與磁場關系呈線性的范圍比較窄：磁敏三極管可用來檢測交、直流磁場，特別適合于測量弱磁場；可制作箝位電流計，對高壓線進行不斷線、無接觸電流測量；還可作無觸點開關，無接觸電位計等。1.

磁敏晶體管及結構2.磁敏二極管工作原理及特性3.磁敏三極管工作原理及特性4.磁敏晶體管應用分析課程內容CourseContents4

.磁敏晶體管應用分析磁敏晶體管應用分析漏磁探傷儀：測量磁場、電流、轉速、位移等物理量，也可用于磁力探傷、接近開關、位置控制等。1－待測物，2－激勵線圈，3－鐵芯，4－放大器，5－磁敏二極管探頭4

.磁敏晶體管應用分析磁敏晶體管應用分析磁敏三極管電位器：當磁敏三極管附近的磁場發生變化時，流過磁敏三極管的電流也隨之發生改變，導致Uce也發生改變，其作用等效于一個電位器。電子信息工程技術專業教學資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應用技術》課程Hallsensorstructureandprinciple霍爾傳感器結構與原理Sensorsapplicationtechnology1.

基礎知識2.基本特性3.霍爾傳感器4.應用分析課程內容CourseContents1.

基礎知識2.

基本特性3.霍爾傳感器4.應用分析課程內容CourseContents1.

基礎知識霍爾效應在金屬或半導體薄片兩端通以電流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感應強度為B的磁場，那么，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電勢UH（稱為霍爾電動勢或霍爾電壓）。這種現象稱為霍爾效應。1.

基礎知識霍爾效應霍爾效應的產生是由于運動電荷受到磁場中洛倫茲力作用的結果。霍爾電勢UH可用下式表示：

UH=RHIB/d(V)

式中RH——霍爾常數

I——控制電流，

B——磁感應強度

d——霍爾元件的厚度令KH=RH/d，則得到UH=KHIB

可見，霍爾電勢的大小正比于控制電流I和磁感應強度B。KH稱為霍爾元件的靈敏度，它與元件材料的性質與幾何尺寸有關。1.

基礎知識2.

基本特性3.霍爾傳感器4.

應用分析課程內容CourseContents2.

基本特性霍爾元件特點霍爾器件結構簡單，性能優良，能檢測從10-7T~25T的磁場，有效工作容積小（可達1μmx1μmx1μm），空間分辨率和時間分辯率極高。2.

基本特性霍爾元件特性霍爾元件的輸出電動勢分別與I、B成線性關系線性特性2.

基本特性霍爾元件特性霍爾元件輸出電勢在一定區域內隨B增加迅速減小的特性開關特性1.

基礎知識2.

基本特性3.霍爾傳感器4.

應用分析課程內容CourseContents1633.

霍爾傳感器霍爾元件根據霍爾效應，人們用半導體材料制成的元件叫霍爾元件。霍爾元件只是根據霍爾效應集成的一個敏感元件，是復合材料；它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。164霍爾傳感器由于霍爾元件產生的電勢差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補償電路及穩壓電源電路等集成在一個芯片上，稱之為霍爾傳感器。霍爾傳感器也稱為霍爾集成電路霍爾傳感器線性型霍爾傳感器開關型霍爾傳感器3.

霍爾傳感器165霍爾傳感器種類

線性型霍爾傳感器線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。輸出電壓與外加磁場強度呈線性關系，在B1~B2的磁感應強度范圍內有較好的線性度，磁感應強度超出此范圍時則呈現飽和狀態。3.

霍爾傳感器線性集成霍爾器件線性集成霍爾器件輸出特性166霍爾傳感器種類開關型霍爾傳感器

開關型霍爾傳感器由穩壓器、霍爾元件、差分放大器，施密特觸發器和輸出級組成，它輸出數字量。3.

霍爾傳感器開關型集成霍爾器件開關型集成霍爾器件的施密特輸出特性1.

基礎知識2.

基本特性3.霍爾器件4.應用分析課程內容CourseContents4.應用分析霍爾傳感器的應用位移測量結構輸出特性4.應用分析霍爾傳感器的應用力（壓力）測量如圖所示，剛力F作用在懸臂梁上時，梁將發生變形，霍爾元件將有與力成正比的電壓輸出，通過測試電壓即可測出力的大小。力與電壓輸出有一些非線性時，可采用電路或單片機軟件來補償。4.應用分析霍爾傳感器的應用角度測量將霍爾器件置于永久磁鐵的磁場中，其輸出的霍爾電勢UH為:4.應用分析霍爾傳感器的應用實訓——霍爾測速系統調試與應用

本項目的直流電機轉盤中帶有一個磁鋼，當磁鋼經過霍爾器件時，霍爾傳感器輸出低電平，可將輸出信號接入6位數字頻率計/轉速表中，或輸入單片機系統中顯示測量轉速。直流電機可通過旋動電位器來調節轉速，也可通過單片機輸出PWM信號來驅動。霍爾測速系統電路原理圖如圖所示。4.應用分析霍爾傳感器的應用實訓——霍爾測速系統調試與應用氣敏傳感器定義與分類

Definitionandclassficationofair-sensitivesensor1.

氣敏傳感器定義和作用2.氣敏傳感器分類4.

氣敏傳感器典型應用和發展3.常見氣敏傳感器1.

氣敏傳感器定義和作用2.氣敏傳感器分類4.氣敏傳感器典型應用和發展3.常見氣敏傳感器1.1氣敏傳感器定義氣敏傳感器是能夠感知環境中某種氣體及其濃度并且將之轉化為電信號的一種敏感器件。圖1氣敏傳感器1.氣敏傳感器定義和作用

1.2氣敏傳感器作用

氣敏傳感器相當于人類的鼻子，可以“嗅”出空氣中某種特定氣體，并且判定氣體的濃度，從而實現對氣體成分的檢測和監控，用來改善人們生活水平，保障人們生命安全。1.氣敏傳感器定義和作用圖2氣敏傳感器作用1.氣敏傳感器定義和作用2.氣敏傳感器分類4.氣敏傳感器典型應用和發展3.常見氣敏傳感器

半導體氣敏傳感器絕緣體氣敏傳感器電化學氣敏傳感器2.1按工作機理分類

電阻型和非電阻型響應快、穩定性好、使用簡單，分N型、P型

接觸燃燒式和電容式

利用鉑金屬絲加熱后與可燃氣體接觸燃燒，改變電阻值恒電位電解式和伽伐尼電池式利用介質的電解質產生電流或電動勢。2.氣敏傳感器分類2.2按應用領域分類爆炸性氣體：液化氣、煤氣、甲烷有毒性氣體：一氧化碳、硫化氫、氨氣、鹵化物環境氣體：氧氣、二氧化碳、水蒸氣、大氣污染工業氣體：一氧化碳、氧氣、水蒸氣乙醇氣體：乙醇2.氣敏傳感器分類1.氣敏傳感器定義和作用2.氣敏傳感器分類4.氣敏傳感器典型應用和發展3.常見氣敏傳感器圖3酒精傳感器圖4酒駕測試、報警器3.常見氣敏傳感器圖6一氧化碳濃度測試器圖5一氧化碳、二氧化碳傳感器圖7二氧化碳濃度測試儀3.常見氣敏傳感器圖10汽車尾氣測試器圖11有毒氣體檢測儀圖8煙霧報警器圖9家用煤氣報警器圖12甲烷檢測儀3.常見氣敏傳感器圖13NH3傳感器圖14其他常見氣敏傳感器3.常見氣敏傳感器1.氣敏傳感器定義和作用2.氣敏傳感器分類4.

氣敏傳感器典型應用和發展3.常見氣敏傳感器

4.1氣敏傳感器典型應用礦井安全環境監測、火災報警工廠生產4.氣敏傳感器典型應用和發展4.2氣敏傳感器發展

1964年，由Wickens和Hatman利用氣體在電極上的氧化還原反應研制出了第一個氣敏傳感器；

1982年英國Warwick大學的Persaud等提出了利用氣敏傳感器模擬動物嗅覺系統的結構；

現在各國研究主要針對的是有毒性氣體和可燃燒性氣體，研究的主要方向是如何提高傳感器的敏感度和工作性能、惡劣環境中的工作時間以及降低成本和智能化等。4.氣敏傳感器典型應用和發展氣敏傳感器及應用技術

Air-sensitivesensoranditsapplicationtechnolegy1.

氣敏傳感器基本結構

氣敏傳感器結構2.

半導體型氣敏傳感器結構3.

接觸燃燒型氣敏傳感器結構4.

電化學氣敏傳感器結構一、氣敏傳感器基本結構圖1氣敏傳感器外觀結構圖2氣敏傳感器電路符號二、半導體型氣敏傳感器結構1.電阻型半導體氣敏傳感器——燒結型

工藝：以多孔質陶瓷如Sn02為基材，添加不同物質采用低溫(700-900℃)進行燒結，燒結時埋入鉑電極和加熱絲，最后將電極和加熱絲引線焊在管座上制成元件。用途：檢測還原性氣體、可燃性氣體和液體蒸氣；

缺點：由于燒結不充分，器件的機械強度較差，且所用電極材料較貴重，電特性誤差較大。二、半導體型氣敏傳感器結構（1）燒結型直熱式工藝：將加熱絲、測量絲直接埋入Sn02或Zn0等粉末中燒結而成的。原理：工作時加熱絲通電，測量絲用于測量器件阻值。特點：制造工藝簡單、成本低、功耗小，可以在高電壓回路下使用。缺點：熱容量小，易受環境氣流的影響，測量回路和加熱回路間沒有隔離而相互影響。二、半導體型氣敏傳感器結構。（2）燒結型旁熱式工藝：將加熱絲放置在一個陶瓷管內，管外涂梳狀金屬電極作測量極，在金屬電極外涂上Sn02等材料。原理：克服了直熱式結構的缺點，使測量極和加熱極分離，而且加熱絲不與氣敏材料接觸，避免了測量回路和加熱回路的相互影響。特點：器件熱容量大，降低了環境溫度對器件加熱溫度的影響，所以這類結構器件的穩定性、可靠性都較直熱式器件有所提高。二、半導體型氣敏傳感器結構2.電阻型半導體氣敏傳感器——薄膜型工藝：用蒸發或濺射方法，在石英或陶瓷基片上形成金屬氧化物薄膜（厚度在100nm以下）。特點：敏感膜顆粒很小，因此具有很高的靈敏度和響應速度；低功耗、小型化，以及與集成電路制造技術兼容，是一種很有前途的器件。二、半導體型氣敏傳感器結構3.電阻型半導體氣敏傳感器——厚膜型工藝：將氣敏材料(Sn02或Zn0)與一定比例的硅凝膠混合制成能印刷的厚膜膠，把厚膜膠用絲網印刷到事先安裝有鉑電極的氧化鋁的基片上，在400-800℃的溫度下燒結1-2小時便制成厚膜型氣敏元件。特點：用厚膜工藝制成的器件一致性較好，機械強度高，適于批量生產。二、半導體型氣敏傳感器結構4.非電阻型半導體氣敏傳感器原理：利用MOS二極管的電容--電壓特性的變化，以及MOS場效應晶體管(MOSFET)的閾值電壓的變化等特性而制成的氣敏元件。特點：此類器件的制造工藝成熟，便于器件集成化，因而其性能穩定且價格便宜。利用特定材料還可以使器件對某些氣體特別敏感。二、半導體型氣敏傳感器結構（1）MOS二極管氣敏傳感器工藝：在P型半導體硅片上，利用熱氧化工藝生成一層厚度為50-100nm的Si02層，然后在其上面加入一層鈀(Pd)的金屬薄膜，作為柵電極。原理：由于Si02層電容Ca固定不變，而Si和Si02界面電容Cs是外加電壓的函數(其等效電路如圖所示），因此總電容C也是柵偏壓的函數。其函數關系稱為該類MOS二極管的C-U特性。由于鈀對H特別敏感，在鈀吸附了H2以后，鈀的功函數會降低，導致MOS管的C-U特性向負偏壓方向平移，如圖曲線所示。根據這一特性就可測定H2的濃度。二、半導體型氣敏傳感器結構（2）MOS場效應晶體管氣敏傳感器原理：Pd對H2有很強的吸附性，當H2吸附在Pd柵極上時，Pd的功函數會降低。Pd-MOSFET氣敏元件利用此特性檢測H2濃度。三、接觸燃燒型氣敏傳感器結構

接觸燃燒式傳感器由貴金屬細絲線圈、氧化鋁載體、引線、底座及網罩構成。此傳感器在電路結構上可分為對氣體敏感的檢測元件及對氣體不敏感的補償元件兩部分。四、電化學氣敏傳感器結構組成：透氣性隔膜、工作電極、對電極、參照電極和電解質溶液組成的密封結構的合成樹脂容器。原理：工作核心是恒定電位電解式傳感器,它是一種濕式氣體傳感器。電路的功能是加電壓于傳感器電解液中的兩個電極，使所測氣體進行氧化或者還原,測量氣體電解時產生的電流然后推算出氣體的濃度。加在傳感器上的恒定電位稱為給定電位,但由于傳感器的阻抗隨其結構而定，故檢測到氣體并產生電解電流時,給定電位就會發生變化。氣敏傳感器及應用技術

Air-sensitivesensoranditsapplicationtechnolegy1.

氣敏傳感器特性參數2.SnO2氣敏傳感器特性參數3.ZnO氣敏傳感器特性參數

氣敏傳感器特性一、氣敏傳感器特性參數

1、氣敏元件（電阻型）固有電阻值Ra

電阻型氣敏元件在常溫條件下潔凈空氣中的電阻值，一般范圍在103-105歐姆。測量固有電阻值Ra時，應要注意必須在潔凈空氣中測量。2、氣敏元件響應時間tr表征在工作溫度下，氣敏元件對被測氣體的響應速度。一般從氣敏元件與一定濃度的被測氣體接觸開始計時，直到氣敏元件的電阻值達到在此濃度下的穩定電阻值的63%為止。一、氣敏傳感器特性參數

表征氣敏元件對于被測氣體的敏感程度的指標，表示氣敏元件的電參數與被測氣體濃度之間的依從關系。

3、氣敏元件靈敏度（1）電阻比靈敏度K Ra：氣敏元件固有電阻值 Rg：氣敏元件在規定濃度的被測氣體中的電阻值（2）氣體分離度α Rc1：氣敏元件在濃度c1的被測氣體中的電阻值 Rc2：氣敏元件在濃度c2的被測氣體中的電阻值（3）輸出電壓比靈敏度KV

Va：氣敏元件在潔凈空氣中工作時負載電阻電壓 Vg：氣敏元件在規定濃度被測氣體中工作時負載電阻電壓一、氣敏傳感器特性參數

4、氣敏元件分辨率SVa：氣敏元件在潔凈空氣中工作時負載電阻電壓Vg：氣敏元件在規定濃度的被測氣體中工作時負載電阻電壓Vgi：氣敏元件在i氣體濃度為規定值中工作時負載電阻電壓表征氣敏元件對于被測氣體的識別（選擇）以及對干擾氣體的抑制能力。一、氣敏傳感器特性參數

5、氣敏元件加熱電阻RH和加熱功率PH加熱電阻RH：為氣敏元件提供必要的工作溫度（>200攝氏度）的加熱電爐的電阻。一般直熱式氣敏元件的加熱電阻小于5歐姆；旁熱式氣敏元件的加熱電阻大于20歐姆。加熱功率PH：氣敏元件正常工作所需加熱電路的功率。一般在0.5瓦到2瓦之間。一、氣敏傳感器特性參數

6、氣敏元件恢復時間trc表征在工作溫度下，被測氣體由該氣敏元件上解吸的響應速度。一般從氣敏元件脫離被測氣體時開始計時，直到氣敏元件的電阻值恢復到在潔凈空氣下的穩定電阻值的63%為止。一、氣敏傳感器特性參數

7、氣體濃度對空氣中污染物濃度表示方法：（2）體積濃度表示法一百萬體積的空氣中所含污染物的體積數，即ppm。（1）質量濃度表示法每立方米空氣中所含污染物的質量，即mg/m3。二、SnO2系氣敏傳感器特性參數

1、靈敏度特性SnO2氣敏元件靈敏度特性

SnO2氣敏元件的阻值Rc與空氣中被測氣體的濃度C成對數關系：

logRc=m*logC+n

n：與氣體檢測靈敏度有關，除了隨材料和氣體種類不同而變化之外，還會由于測量溫度和添加劑不同而變化。m：為氣體的分離度，隨氣體濃度變化而變化。對于可燃氣1/3<m<1/2。二、SnO2系氣敏傳感器特性參數

2、穩定性

SnO2氣敏元件的物理、化學穩定性較好，與其它類型氣敏元件（如接觸燃燒式氣敏元件）相比較，SnO2氣敏元件壽命長、耐腐蝕性強。

3、可逆性

SnO2氣敏元件對氣體檢測是可逆的，而且吸附、脫附時間短，可連續長時間使用。二、SnO2系氣敏傳感器特性參數

4、元件結構

SnO2氣敏元件結構簡單，成本低，可靠性強，機械性能優良。

5、信號處理SnO2氣敏元件不需要復雜的處理設備，可將待檢測氣體濃度通過直接轉化變成電信號，信號處理電路簡單。二、SnO2系氣敏傳感器特性參數

6、影響SnO2氣敏效應的因素添加物檢測氣體使用溫度（攝氏度）PdO、PdCO、C3H8、酒精200-300PdCI2、SbCl3CO、C3H8、CH4200-300Sb2O3、TiO2、TiO3LPG、CO煤氣、酒精200-300V2O5、Cu酒精、丙酮250-300過渡金屬Sb2O3、Bi2O3還原性氣體250-300500-800高嶺土、Bi2O3、WO碳氫系還原性氣體200-300

（1）SnO2結構組成

SnO2中氧空位多，氣敏效應明顯。

（2）SnO2中添加物

SnO2中添加物對氣敏效應有顯著影響，如下表。二、SnO2系氣敏傳感器特性參數

（3）SnO2燒結溫度和加熱溫度

SnO2氣敏元件燒結溫度和加熱溫度對氣敏特性影響顯著。

（4）環境溫度、濕度影響

環境溫度、濕度對SnO2氣敏元件氣敏特性影響顯著下圖。使用時需要加入溫度、濕度補償。

三、ZnO系氣敏傳感器特性參數1、ZnO氣敏元件對還原性氣體有較高敏感度；2、ZnO氣敏元件工作溫度比SnO2氣敏元件高100攝氏度；3、ZnO氣敏元件也需要加入添加劑，如下圖。氣敏傳感器及應用技術

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半導體氣敏傳感器氣敏傳感器原理2.

接觸燃燒式氣敏傳感器3.

電化學氣敏傳感器一、半導體氣敏傳感器半導體氣敏傳感器電阻式傳感器非電阻式傳感器半導體傳感器是利用半導體氣敏元件同氣體接觸后，造成半導體性質變化來檢測特定氣體的成分或者測量其濃度。一、半導體氣敏傳感器

電阻式氣敏傳感器是利用氣體在半導體表面的氧化和還原反應，導致敏感元件阻值變化來測量氣體。1.電阻式氣敏傳感器按照半導體與氣體相互作用位置不同分類電阻式傳感器燒結型薄膜型厚膜型電阻式傳感器表面控制型體控制型

按照半導體制作類型不同分類一、半導體氣敏傳感器

非電阻式半導體氣敏傳感器是利用氣敏吸附和反應時引起的PN結或場效應管功能參數變化來實現氣體檢測的。非電阻式半導體氣敏傳感器屬于表面控制型傳感器。2.非電阻式氣敏傳感器非電阻式傳感器金屬-半導體結二極管型MOS二極管型MOSFET型非電阻式氣敏傳感器分類：非電阻式氣敏傳感器主要特點：靈敏度高；常用于可燃防爆檢測有毒有害氣體檢測等。一、半導體氣敏傳感器物理特性類型檢測氣體氣敏元件電阻型電阻特性表面控制型可燃氣體二氧化硅、氧化鋅等體控制型酒精、可燃氣體、氧氣氧化鎂、二氧化硅、氧化鈦等非電阻型二極管整流特性表面控制型氫氣、一氧化碳、酒精鉑-硫化鎘、鉑-氧化鈦、金屬-半導體結型二極管晶體管特性氫氣、硫化氫鉑柵、鈀柵MOS場效應管二、接觸燃燒式氣敏傳感器

1.可燃性氣體

將在空氣中達到一定濃度、觸及火種可引起燃燒的氣體稱為可燃性氣體。例如：甲烷、乙炔、甲醇、乙醇、乙醚、一氧化碳、氫氣等。2.接觸燃燒性氣體傳感器分類

直接接觸燃燒式、催化接觸燃燒式

二、接觸燃燒式氣敏傳感器3.接觸燃燒式氣敏傳感器原理

可燃氣體與空氣中的氧氣在通電狀態下的氣敏材料（如Pt電熱絲）上產生無焰接觸燃燒，使得氣敏材料（Pt電熱絲）溫度上高，電阻值增大。

4.應用

石化工廠、造船廠、礦井隧道、浴室、廚房等處可燃性氣體的監測和報警。三、電化學氣敏傳感器

電化學氣敏傳感器，主要利用兩個電極之間的化學電位差，一個在氣體中測量氣體濃度，另一個是固定的參比電極。電化學氣敏傳感器恒電位電解式伽伐尼電池式固體電解質式液體電解質式電位型電流型氣體泄漏檢測電路

Gasleakdetectioncircuit1.

氣敏元件基本測量電路2.

家用可燃氣體報警器電路3.

瓦斯檢測電路1.

氣敏元件基本測量電路2.家用可燃氣體報警器電路3.瓦斯檢測電路1.1基本測量電路氣敏元件基本測量電路如圖所示，EH為加熱電源，EC為測量電源氣敏電阻組織變化引起電路中電流變化，輸出電壓（電阻Ro的電壓）隨之變化。在被測氣體低濃度下輸出電壓變化大（靈敏度高），高濃度下趨于穩定值。1.

氣敏傳感器基本測量電路1.2簡單測量電路氣敏元件簡單測量電路如圖所示，R2為氣敏元件電壓獲取電阻，R1、R3和運算放大器A組成輸出放大電路，Uo為與被測氣體濃度相關的輸出電壓。1.

氣敏傳感器基本測量電路氣敏傳感器1.3具有溫度補償的氣敏測量電路

（b）典型帶負溫度補償的氣敏測量電路

（a）簡單帶溫度補償的氣敏測量電路1.

氣敏傳感器基本測量電路氣敏傳感器

剛通電時，熱敏電阻R2溫度低，電阻值小，電流大部分經R2回到變壓器，蜂鳴器BZ不工作；當通電一段時間后（1-2min），R2溫度升高，其電阻急劇增大，通過蜂鳴器的電流增大，電路進入正常工作狀態。（c）圖正溫度補償的氣敏測量電路1.

氣敏傳感器基本測量電路1.氣敏元件基本測量電路2.

家用可燃氣體報警器電路3.瓦斯檢測電路1.1測量電路和原理家用可燃氣體報警器電路和外觀

隨著環境中可燃氣濃度的增加，氣敏傳感器的電阻值下降，流入蜂鳴器的電流升高，當下降到一定值時，蜂鳴器鳴叫報警。2.

家用可燃氣體報警器電路1.2電源電路

一般氣敏傳感器工作電壓不高（3-10V），并且要求工作電壓和加熱電壓穩定，否則將導致加熱器溫度變化過大，使氣敏元件工作點漂移，影響檢測準確性。1.3輔助電路設計時應充分考慮氣敏元件自身特性（溫度系數、濕度系數，初期穩定性等）。采用溫度補償電路，減少氣敏元件的溫度系數引起的誤差；設置延時電路，防止通電初期，因氣敏元件阻值大幅度變化引起的誤差；使用加熱器失效通知電路，防止加熱器失效導致漏報現象。2.

家用可燃氣體報警器電路1.氣敏元件基本測量電路2.家用可燃氣體報警器電路3.

瓦斯檢測電路

3.1瓦斯檢測電路組成

瓦斯檢測電路QM-N5為旁熱式氣敏傳感器，和R1、RP組成瓦斯檢測電路；晶閘管VS為無觸點電子開關；LC179、R2和揚聲器組成報警電路。3.瓦斯檢測電路

3.2瓦斯檢測電路工作原理

瓦斯檢測電路當環境瓦斯濃度低于報警值時，QM-N5的A-B間電阻RAB很大，則晶閘管VS因觸發電位低而截至不通，報警電路不工作；當環境瓦斯濃度升提高時，RAB減小，當瓦斯濃度大于報警值時，VS觸發電位迅速升高，使VS導通，LC179的3腳接到電源負極，報警電路開始工作，揚聲器報警，提示瓦斯濃度過高。3.瓦斯檢測電路3.3瓦斯檢測電路的應用

瓦斯檢測電路體積小、能耗低，可以將其裝配在酸性礦工燈上，使普通礦工燈兼具照明和瓦斯報警兩種功能，組成瓦斯報警礦燈。瓦斯檢測電路外觀3.瓦斯檢測電路酒精濃度檢測電路

Thealcoholconcentrationdetectioncircuit1.

酒精濃度檢測儀外觀和應用2.

酒精濃度檢測儀基本原理3.

簡易酒精濃度檢測儀電路4.

防酒后開車控制器1.

酒精濃度檢測儀外觀和應用2.酒精濃度檢測儀基本原理3.簡易酒精濃度檢測儀電路4.防酒后開車控制器簡易酒精濃度檢測儀外觀和應用

酒精傳感器外觀

1.

酒精濃度測試儀外觀和應用1.酒精濃度檢測儀外觀和應用2.

酒精濃度檢測儀基本原